通过“化学密码”解锁计算机，科学家突破分子存储系统

像DNA这样的分子可以在没有能源的情况下储存大量数据，但是浏览这些分子数据是昂贵和耗时的。美国科学家开发了一种替代方法，可以将信息编码到生成分子中。他们用这种方法编码和解码一个11个字符的密码来解锁计算机。相关研究《化学》杂志于5月16日在细胞出版社发表。

“分子可以在没有能源的情况下长时间存储信息。大自然已经向我们证明了这个原则的可行性。”论文通信作者、德克萨斯大学奥斯汀分校电气工程师Praveen Pasupathy说:“这是我们第一次尝试将信息写入塑料构建模块，然后通过电信号读取信息，这让我们更接近日常材料中存储信息的目标。”

传统存储设备，如硬盘和闪存盘，存在维护成本高、能耗高、使用寿命短等诸多缺陷，使其不适合长期数据归档。分子可能会提供替代选择。此前的研究表明，DNA和合成聚合物可以被设计成有效存储信息的载体。然而，通常需要昂贵的设备，如质谱仪来解码这些分子。

为了使分子信息更容易写入和读取，研究小组尝试了一种不同的方法:分子的设计包括电化学信息——这种方法可以通过电信号解码信息。

“与传统的基于光谱的系统相比，我们的方法可以使用更小、更经济的设备。”通信作者Eric，德克萨斯大学奥斯汀分校科学家。“它将化学编码与现代电子系统和设备相结合，开拓了一个令人兴奋的前景，”Anslyn说。

首先，研究小组使用四个不同的单个字符表(具有不同电化学性质的分子构建块)。每个字符由这四个单体的不同组合组成，总共可以形成256个可能的字符。为了测试这种方法，他们使用分子字母表来合成代表11个字符的密码(Dh&@dR%P0W￠)根据这些分子的电化学性质，对链状高聚物进行了解码。

这个团队的解码方法利用了一些链状聚合物，这个特性可以通过从链尾逐一清除构建块来分解。由于单个设计具有独特的电化学性质，这种逐渐拆解会产生电信号，可以用来揭示聚合物中单个单体的序列身份。

“电压为你提供了目前正在降解的单体身份，所以我们可以扫描不同的电压，观看分子被分解的图像，找出哪个单体在什么时候被降解。”Pasupathy 他说：“一旦我们确定了单个位置，我们就可以把它们拼接起来，以获得我们编码字母表中字符的身份。

这种方法的一个缺点是每个分子信息只能阅读一次，因为解码聚合物的过程涉及降解。解码过程也需要时间——11个字符的密码大约需要2.5个小时——但是研究团队正在研究加速这个过程的方法。

Anslyn说:“虽然这种方法没有克服毁灭性或耗时性的问题，但它已经迈出了开发基于高聚物的数据存储便携式集成技术的最终目标。下一步是整合高聚物和集成电路，使计算机芯片成为存储信息的读取系统。”